摘要:
针对岩石裂隙检测及分割任务中样本分布不均衡、难分类样本学习不足以及小目标分割困难等问题, 提出一种改进YOLO11n-seg 的轻量级岩石裂隙检测及分割算法YOLO11n-seg-RF。该算法设计多感受野联合增强注意力模块JECBAM、基于分组像素级注意力的特征融合模块GCAConcat以及高效的快速空间金字塔池化模块SimSPPF, 并采用Focaler-IoU损失函数, 提高对细小且多分支裂隙的分割精度和效率。实验结果表明, YOLO11n-seg-RF在自制岩石裂隙数据集上表现出色。检测精度指标方面, Precision (Box)达到88.7%, Recall (Box)达到77.5%, mAP0.5 (Box)达到84.2%, mAP0.5:0.95 (Box)达到67.3%; 分割精度指标方面, Precision (Mask)达到78.5%, Recall (Mask)达到68.6%, mAP0.5 (Mask)达到68.0%, mAP0.5:0.95 (Mask)达到27.0%。此外, 该算法的推理速度为144 FPS, 模型参数量为2.47 M, 均优于基线模型YOLO11n-seg及其他主流实例分割模型。通过消融实验, 验证了各改进模块的有效性, 可以显著地提升模型的检测和分割精度, 同时降低模型参数量并提高推理速度。泛化实验结果进一步表明, YOLO11n-seg-RF在公开数据集crack-seg和carparts-seg上均表现出优越的泛化能力, mAP0.5 (Box)和mAP0.5 (Mask)等关键指标均优于其他对比模型。在工程实例中, 将YOLO11n-seg-RF应用于矿井钻孔岩心裂隙识别, 通过计算裂隙占比并结合单轴压缩试验, 建立孔隙度–抗压强度方程, 能够快速推算单轴抗压强度, 验证了该算法在实际工程中的应用价值。
靳子越, 李海涛, 殷海晨, 杨冠宇, 陈宇龙, 张海宽, 李显涛, 蔡少阳. YOLO11n-seg-RF: 一种改进的轻量级岩石裂隙检测及分割算法[J]. 北京大学学报(自然科学版), 2026, 62(2): 237-252.
JIN Ziyue, LI Haitao, YIN Haichen, YANG Guanyu, CHEN Yulong, ZHANG Haikuan, LI Xiantao, CAI Shaoyang. YOLO11n-seg-RF: An Improved Lightweight Rock Fracture Detection and Segmentation Algorithm[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 2026, 62(2): 237-252.